基于遠程監(jiān)控系統(tǒng)的大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理的設(shè)計實現(xiàn)

蔣兆平

（安徽省黃山市祁門縣農(nóng)機局鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)機總站，安徽 黃山 245600）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等高度融合與集成而衍生出的現(xiàn)代信息化技術(shù)，其以各種類型的傳感器設(shè)備作為數(shù)據(jù)采集器，實時快速地獲取現(xiàn)實世界的動態(tài)變化信息，依托通信網(wǎng)絡(luò)以及構(gòu)建在計算機軟硬件環(huán)境上的大數(shù)據(jù)云存儲、云計算技術(shù)對所獲取的數(shù)據(jù)進行傳輸、組織、管理、分析、應用，在萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對目標對象的高效化、智能化分析與深度挖掘，為人們的日常工作與生活提供個性化、人性化、多樣化、智能化的輔助決策支撐。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程控制系統(tǒng)依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能終端技術(shù)、內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)、傳感器技術(shù)等對大型農(nóng)機具的運行狀況、實時位置情況、行駛軌跡等進行實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)傳輸，再由用戶通過智能終端設(shè)備如智能手機、IPAD等獲取數(shù)據(jù)，遠程監(jiān)控大型農(nóng)機具在田間作業(yè)的運行狀態(tài)，大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)已成為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中不可或缺的重要組成部分。

1 大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能需求

1.1 系統(tǒng)需求分析

大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心目標在于，用戶通過終端遠程監(jiān)測大型農(nóng)機具的工作參數(shù)并控制大型農(nóng)機具的工作狀態(tài)。為實現(xiàn)上述目標，大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)首先需要能夠?qū)τ脩舭l(fā)出的對大型農(nóng)機具的控制命令進行自動化識別與匹配，正確解析出操控指令；其次，將識別出的控制指令傳輸?shù)酱笮娃r(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)中；最后由大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)控制大型農(nóng)機具執(zhí)行相應的指令，以確保用戶的控制指令得到精準、有效地落實以及農(nóng)機具的工作狀態(tài)（實時位置、運行軌跡）能夠?qū)崟r傳遞給用戶終端進行展示。通過上述對大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)包括兩個核心功能模塊，分別為數(shù)據(jù)傳輸模塊以及農(nóng)機具控制模塊。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊是大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心模塊之一，在大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，下位機由一系列大型農(nóng)機具構(gòu)成，上位機則面向移動終端或PC終端用戶，為用戶提供智能監(jiān)控界面與手段，數(shù)據(jù)傳輸模塊是上、下位機的通信與數(shù)據(jù)傳遞模塊，下位機定頻率地向上位機傳輸其實時采集的大型農(nóng)機具運行位置、運行狀態(tài)與工作參數(shù)，上位機將用戶對大型農(nóng)機具的控制指令傳送給下位機，以確?？刂浦噶畹目焖傧逻_與正確執(zhí)行。無線通信網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)傳輸模塊的核心，在選擇無線通信網(wǎng)絡(luò)時，應當重點考慮其帶寬、傳輸距離、覆蓋面、功耗、傳輸速度、成本等，對于大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊而言，鑒于其傳輸數(shù)據(jù)量適中且長期不間斷運行等特點，本系統(tǒng)選擇功耗較低、成本較低的Zigbee作為無線通信技術(shù)，Zigbee的將運行模式為工作/休眠切換式，工作能耗較低，其使用免費的2.4GHz頻段，無需額外的頻道資源占用費，以降低數(shù)據(jù)傳輸模塊的實際投入成本，滿足大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需求。

2 大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸模塊以及農(nóng)機具控制模塊兩部分構(gòu)成，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)的上位機部分為農(nóng)機具管控終端模塊，PC端或移動終端經(jīng)Zigbee接收器接收下位機農(nóng)機具中傳輸回的實時位置信息、軌跡信息、運行狀態(tài)信息等并進行終端展示，同時，終端借助Zigbee發(fā)射器將農(nóng)機具控制指令發(fā)送出去，系統(tǒng)下位機部分為以51單片機為核心的大型農(nóng)機具，下位機的Zigbee接收器接收無線發(fā)射的控制指令并傳輸給51單片機，單片機對指令進行解析，將指令分配到相應的農(nóng)機具中執(zhí)行。

圖1 大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 據(jù)傳輸模塊設(shè)計與實現(xiàn)

數(shù)據(jù)傳輸模塊以Zigbee作為無線通信網(wǎng)絡(luò)，其作為上位機和下位機模塊之間信息交互的傳輸帶，其工作的可靠性直接關(guān)系到本系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

2.3 農(nóng)機具控制模塊設(shè)計與實現(xiàn)

農(nóng)機具控制模塊的核心為51單片機，51單片機作為農(nóng)機具控制模塊的主芯片，調(diào)用Zigbee接收器接收發(fā)射器發(fā)射的控制指令，經(jīng)串口將控制指令傳輸給主芯片，串口屬于系統(tǒng)的一項硬件設(shè)備，每個設(shè)備對應一個DCB表，可以調(diào)用API函數(shù)將要打開的串口所對應的DCB進行初始化設(shè)置。串口和其他通信設(shè)備是作為文件處理的，而對串口的讀寫操作可以利用文件來實現(xiàn)，串口的操作流程為打開串口，收、發(fā)通信，關(guān)閉串口。根據(jù)通信協(xié)議將控制指令轉(zhuǎn)化為代碼供下位機識別與準確執(zhí)行，若是上位機發(fā)出某下位機大型農(nóng)機具開啟，其代碼為0x57，下位機的51單片機通過對該代碼進行解析，對各個大型農(nóng)機具的繼電器進行控制，準確操控下位機中的各個大型農(nóng)機具進行開啟或關(guān)閉等操作，正確執(zhí)行相應指令。

3 結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、智能終端以及大型農(nóng)機具的支撐下，大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為當前智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要構(gòu)成部分，為智慧農(nóng)業(yè)中農(nóng)機具作業(yè)軌跡監(jiān)控與智能化調(diào)控提供便捷的工具。在大型農(nóng)機具田間作業(yè)管理遠程監(jiān)控系統(tǒng)中嵌入無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，改變傳統(tǒng)的大型農(nóng)機具操控模式，通過接觸式操作實現(xiàn)用戶與大型農(nóng)機具控制系統(tǒng)以及大型農(nóng)機具的人機交互與遠程控制，可以有效簡化大型農(nóng)機具遠程監(jiān)測與智能控制的操作流程。